KR20180092938A - 신틸레이터 패널 및 방사선 검출기 - Google Patents
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Abstract
방사선을 신틸레이션 광으로 변환하기 위한 신틸레이터 패널로서, 주면을 갖는 기판과, 상기 주면 상에 마련된 신틸레이터 층과, 상기 신틸레이터 층상에 마련되어 상기 신틸레이션 광을 반사하는 반사층을 구비하고, 상기 신틸레이터 층은 상기 주면 상에 소정의 피치로 배열된 복수의 신틸레이터부를 가지며, 상기 신틸레이터부는 상기 주면에 교차하는 방향으로 연장되는 측면을 포함하고, 상기 반사층은 상기 측면을 따라 연장되는 박상의 복수의 금속 입자를 포함하며, 상기 측면을 덮도록 마련되어 있는 신틸레이터 패널.
Description
본 발명의 일측면은 신틸레이터(scintillator) 패널 및 방사선 검출기에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는 X선 평면 검출기가 기재되어 있다. 이 X선 평면 검출기는 2차원적으로 배열된 복수의 화소 단위를 구비한다. 화소 단위 각각은 신틸레이터부를 포함한다. 서로 이웃하는 화소 단위의 신틸레이터부끼리의 사이에는 중단 영역이 형성되어 있다. 중단 영역에는 가시광을 반사하는 반사 부재가 배치되어 있다.
상기 X선 평면 검출기에 있어서는, 반사 부재의 재료로서 X선 흡수 재료를 이용함으로써, 해상도의 향상을 도모하고 있다. 이와 같이, 상기 기술 분야에 있어서는, 해상도의 향상이 요구되고 있다. 해상도를 향상시키기 위해서는, 예를 들면, 신틸레이션 광을 흡수하는 흡수층을 중단 영역에 배치하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 광출력이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일측면은 광출력의 저하를 억제하면서 해상도를 향상시킬 수 있는 신틸레이터 패널 및 방사선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따른 신틸레이터 패널은, 방사선을 신틸레이션 광으로 변환하기 위한 신틸레이터 패널로서, 주면을 갖는 기판과, 주면 상에 소정의 피치로 마련된 신틸레이터 층과, 신틸레이터 층상에 마련되어 신틸레이션 광을 반사하는 반사층을 구비하며, 신틸레이터 층은, 주면 상에 배열된 복수의 신틸레이터부를 가지며, 신틸레이터부는, 주면에 교차하는 방향으로 연장되는 측면을 포함하고, 반사층은, 측면을 따라 연장되는 박상(箔狀)의 복수의 금속 입자를 포함하며, 측면을 덮도록 마련되어 있다.
이 신틸레이터 패널에 있어서는, 신틸레이터 층이 기판의 주면 상에 소정의 피치로 배열된 복수의 신틸레이터부를 포함한다. 또한, 신틸레이션 광을 반사하는 반사층이 신틸레이터부의 적어도 측면을 덮도록 마련되어 있다. 그리고, 반사층은 신틸레이터부의 측면을 따라 연장되는 복수의 박상의 금속 입자를 포함한다. 이와 같이, 박상의 금속 입자를 포함하는 반사층을 이용하면, 광출력의 저하를 억제하면서 해상도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 신틸레이터 패널에 있어서는, 금속 입자의 평균 치수는 서로 이웃하는 신틸레이터부의 측면끼리의 간격의 절반 이하라도 좋다. 이 경우, 신틸레이터부의 측면끼리의 틈새에 대하여, 용이하고 확실하게 박상의 금속 입자를 진입시켜, 신틸레이터부의 측면을 덮도록 반사층을 형성할 수 있다. 이 때문에, 광출력의 저하를 확실하게 억제함과 함께 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 박상의 금속 입자의 평균 치수란, 일례로서 금속 입자의 최대 치수를 복수의 금속 입자에 대해 평균한 치수이다.
본 발명의 일측면에 따른 신틸레이터 패널에 있어서는, 신틸레이터 층은 CsI를 주성분으로 하는 신틸레이터 재료로 되어 있어도 좋다. 또한, 본 발명의 일측면에 따른 신틸레이터 패널에 있어서는, 신틸레이터부는 신틸레이터 재료의 단결정으로 되어 있어도 좋다. 또는, 본 발명의 일측면에 따른 신틸레이터 패널에 있어서는, 신틸레이터부는 신틸레이터 재료의 복수의 주상 결정으로 되어 있어도 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 방사선 검출기는 주면과 상기 주면 상에 형성된 복수의 광전 변환 소자를 갖는 기판과, 광전 변환 소자 상에 마련되어 방사선을 신틸레이션 광으로 변환하기 위한 신틸레이터 층과, 신틸레이터 층상에 마련되어 신틸레이션 광을 반사하는 반사층을 가지며, 신틸레이터 층은 광전 변환 소자의 화소 피치에 따라 배열된 복수의 신틸레이터부를 가지고, 신틸레이터부는 주면에 교차하는 방향으로 연장되는 측면을 포함하며, 반사층은 측면을 따라 연장되는 박상의 복수의 금속 입자를 포함하고, 측면을 덮도록 마련되어 있다.
이 방사선 검출기에 있어서는, 신틸레이터 층이 기판의 광전 변환 소자의 화소 피치에 따라 배열된 복수의 신틸레이터부를 포함한다. 또한, 신틸레이션 광을 반사하는 반사층이 신틸레이터부의 적어도 측면을 덮도록 마련되어 있다. 그리고, 반사층은 신틸레이터부의 측면을 따라 연장되는 복수의 박상의 금속 입자를 포함한다. 이와 같이, 박상의 금속 입자를 포함하는 반사층을 이용하면, 광출력의 저하를 억제하면서 해상도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 방사선 검출기에 있어서는, 금속 입자의 평균 치수는 서로 이웃하는 신틸레이터부의 측면끼리의 간격의 절반 이하라도 좋다. 이 경우, 신틸레이터부의 측면끼리의 틈새에 대하여, 용이하고 확실하게 박상의 금속 입자를 진입시켜, 신틸레이터부의 측면을 덮도록 반사층을 형성할 수 있다. 이 때문에, 광출력의 저하를 확실하게 억제함과 함께 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 방사선 검출기에 있어서는, 신틸레이터 층은 CsI를 주성분으로 하는 신틸레이터 재료로 되어 있어도 좋다. 또한, 본 발명의 일측면에 따른 방사선 검출기에 있어서는, 신틸레이터부는 신틸레이터 재료의 단결정으로 되어 있어도 좋다. 또는, 본 발명의 일측면에 따른 방사선 검출기에 있어서는, 신틸레이터부는 신틸레이터 재료의 복수의 주상 결정으로 되어 있어도 좋다. 또한, 신틸레이터 층은 GOS인 신틸레이터 재료로 되어 있어도 괜찮다.
본 발명의 일측면에 의하면, 광출력의 저하를 억제하면서 해상도를 향상시킬 수 있는 신틸레이터 패널 및 방사선 검출기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 신틸레이터 패널의 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 신틸레이터 패널의 일부를 확대하여 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 신틸레이터 패널의 반사층의 일례를 나타내는 사진이다.
도 4는 신틸레이터 패널의 해상도와 광출력의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 변형예에 따른 신틸레이터 패널의 단면도이다.
도 6은 다른 변형예에 따른 신틸레이터 패널의 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 방사선 검출기의 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 신틸레이터 패널의 일부를 확대하여 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 신틸레이터 패널의 반사층의 일례를 나타내는 사진이다.
도 4는 신틸레이터 패널의 해상도와 광출력의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 변형예에 따른 신틸레이터 패널의 단면도이다.
도 6은 다른 변형예에 따른 신틸레이터 패널의 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 방사선 검출기의 단면도이다.
이하, 본 발명의 일측면의 일 실시 형태에 관하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 부분 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
이하의 실시 형태에 따른 신틸레이터 패널은 X선 등의 방사선을 가시광 등의 신틸레이션 광으로 변환하기 위한 것이다. 이하의 실시 형태에 따른 신틸레이터 패널은, 예를 들면, 맘모그래피(Mammography) 장치, 흉부 검사 장치, CT 장치, 치과 구강 촬영 장치 및 방사선 카메라 등에 있어서, 방사선 이미징용 디바이스로 사용할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 신틸레이터 패널의 단면도이다. 도 2는 도 1에 나타난 신틸레이터 패널의 일부를 확대하여 나타낸 모식적인 단면도이다. 도 2에 있어서는, 각 부의 해칭(hatching)이 생략되어 있다. 도 1, 2에 나타낸 바와 같이, 신틸레이터 패널(1)은 기판(2), 신틸레이터 층(3), 제1 보호막(4), 반사층(5), 제2 보호막(6)을 구비한다.
기판(2)은 주면(2s)을 갖는다. 기판(2)은, 예를 들면, 직사각형 판상이다. 기판(2)은, 예를 들면, 신틸레이터 층(3)에서 발생하는 신틸레이션 광에 대해 투과성을 가지고 있어도 좋다. 기판(2)의 두께는, 예를 들면, 2.0mm 정도이다. 기판(2)은, 예를 들면, FOP(파이버 옵틱 플레이트： 다수의 광 파이버를 묶어 구성되는 광학 디바이스(예를 들면, 하마마츠 포토닉스(주) 제 J5734)) 등으로 구성된다.
신틸레이터 층(3)은 X선 등의 방사선 R의 입사에 따라, 가시광 등의 신틸레이션 광을 발생시킨다. 신틸레이터 층(3)은 기판(2)의 주면(2s) 상에 마련되어 있다. 신틸레이터 층(3)은, 예를 들면, 주면(2s)에 교차(예를 들면, 직교)하는 방향에서 보아, 주면(2s)의 직사각형의 영역에 형성되어 있다.
신틸레이터 층(3)은 복수의 신틸레이터부(7)를 포함한다. 신틸레이터부(7)는 주면(2s) 상에 2차원 형상으로 소정의 피치로 배열되어 있다. 신틸레이터부(7)는, 예를 들면, 주면(2s)에 접촉하고 있다. 일례로서, 신틸레이터부(7)끼리는 서로 연속하지 않는다(서로 분리되어 있다). 환언하면, 신틸레이터부(7)는, 예를 들면, 이미지 센서의 화소 단위로 형성되어 있다(즉, 신틸레이터 층(3)은 픽셀화되어 있다). 신틸레이터부(7)의 단면 형상은, 예를 들면, 주면(2s)으로부터 멀어질수록 축소되는 사다리꼴 형상이다. 즉, 신틸레이터부(7)는 주면(2s)의 반대측으로부터 주면(2s)을 향해서 단면적이 증가하는 테이퍼 형상이다.
신틸레이터부(7)는, 예를 들면, 신틸레이터 재료의 단결정으로 이루어진다. 또는, 신틸레이터부(7)는, 예를 들면, 신틸레이터 재료의 복수의 주상(柱狀) 결정으로 이루어진다. 신틸레이터 재료의 일례로서는, CsI：Tl나 CsI：Na와 같은 CsI(요오드화 세슘)를 주성분으로 하는 재료, NaI：Tl와 같은 NaI(요오드화 나트륨)를 주성분으로 하는 재료, SrI3(요오드화 스트론튬), LuI3(요오드화 루테튬), BaF2(불화 바륨) 및 GOS 등을 들 수 있다.
신틸레이터부(7)는 주면(2s)에 교차하는 방향(예를 들면, 주상 결정의 성장 방향)으로 연장되는 측면(7s)을 포함한다. 신틸레이터부(7)는 주면(2s)에 따른 방향으로 연장되는 윗면(頂面)(7t)을 포함한다. 윗면(7t)은 측면(7s)끼리를 접속하고 있다. 신틸레이터부(7)의 높이 H는, 예를 들면, 150μm 이상 1000μm 이하 정도이다. 신틸레이터부(7)의 높이 H는 윗면(7t)과 주면(2s)의 사이의 거리이며, 신틸레이터 층(3)의 두께이다.
서로 이웃하는 신틸레이터부(7)의 측면(7s)끼리의 간격 G는 신틸레이터부(7)의 형상에 따라, 주면(2s)으로 향할수록 좁아지고 있다. 간격 G 중에, 윗면(7t) 측의 상부 간격 G1은, 예를 들면, 5μm 이상 50μm 이하 정도이다. 간격 G 중에, 윗면(7t)과 주면(2s)의 중간 부분의 중간부 간격 G2는, 예를 들면, 3μm 이상 30μm 이하 정도이다. 간격 G 중에, 주면(2s) 측의 하부 간격 G3은, 예를 들면, 2μm 이상 15μm 이하 정도이다. 신틸레이터 층(3)의 가공 피치(예를 들면, 상기 소정의 피치)는, 예를 들면, 200μm 정도이다. 가공 피치는 신틸레이터부(7)끼리의 간극의 피치이다.
제1 보호막(4)은 신틸레이터 층(3) 및 기판(2)의 주면(2s) 상에 마련되어 있다. 제1 보호막(4)은 방사선 R을 투과한다. 보다 구체적으로는, 제1 보호막(4)은 신틸레이터부(7)의 표면(측면(7s) 및 윗면(7t))과 신틸레이터부(7)끼리의 사이에 있어 신틸레이터 층(3)으로부터 노출된 주면(2s)을 덮도록 마련되어 있다. 제1 보호막(4)은, 예를 들면, 신틸레이터부(7)의 주상 결정 사이에 유기 용제가 침투하는 것을 방지한다. 제1 보호막(4)의 두께 T는, 예를 들면, 1μm 이상 10μm 이하 정도이다. 제1 보호막(4)은, 예를 들면, 파릴렌(Parylene)(폴리파라크실렌) 등으로부터 형성된다.
반사층(5)은 신틸레이터 층(3) 및 제1 보호막(4) 상에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 반사층(5)은, 예를 들면, 신틸레이터부(7)의 표면(측면(7s) 및 윗면(7t))의 전체를 덮도록, 제1 보호막(4)을 통해 신틸레이터부(7) 상에 마련되어 있다. 반사층(5)은 신틸레이터 층(3)에서 발생한 신틸레이션 광을 반사한다. 반사층(5)은 방사선 R을 투과한다. 반사층(5)은 복수의 금속 입자(8)를 포함한다. 따라서, 금속 입자(8)는 신틸레이션 광을 반사함과 함께 방사선 R을 투과한다.
금속 입자(8)는 신틸레이터부(7)의 표면(측면(7s) 및 윗면(7t)) 상에 배치되어 있다. 금속 입자(8)는 신틸레이터부(7)의 표면을 따라 연장되는 박상(예를 들면, 인편(鱗片) 모양, 플레이크(flake) 모양, 잎 모양)이다. 즉, 금속 입자(8)는 신틸레이터부(7)의 측면(7s) 상에 있어서는, 측면(7s)을 따라 연장된다(측면(7s)을 따라 줄지어 있다). 금속 입자(8)는 적어도 부분적으로, 다른 금속 입자(8)와 겹쳐 접촉하고 있다. 이에 의해, 복수의 금속 입자(8)는, 전체적으로, 신틸레이터부(7)의 표면을 빈틈없이 덮고 있다.
또한, 금속 입자(8)가 박상이라는 것은, 금속 입자(8)가 구상(球狀)이나 침상(針狀) 등이 아닌 것을 의미한다. 보다 구체적으로는, 금속 입자(8)가 박상이라는 것은, 예를 들면, 금속 입자(8)가 측면(7s) 상에 배치되어 있을 때, 금속 입자(8)의 측면(7s)에 따른 방향의 치수(폭)가, 금속 입자(8)의 측면(7s)에 교차하는 방향의 치수(두께)보다도 큰 것을 의미한다.
금속 입자(8)의 평균 치수는, 예를 들면, 1μm 이상 20μm 이하 정도이며, 3μm 이상 10μm 이하 정도라도 좋다. 특히, 금속 입자(8)의 평균 치수는, 예를 들면, 서로 이웃하는 신틸레이터부(7)의 측면(7s)끼리의 간격 G(특히, 상부 간격 G1)의 절반 이하로 할 수 있다. 또한, 측면(7s) 상에 제1 보호막(4)이 형성되어 있는 경우에는, 금속 입자(8)의 평균 치수를 제1 보호막(4)의 두께의 2배를 간격 G로부터 뺀 값의 절반 이하로 해도 좋다.
금속 입자(8)의 평균 치수란, 일례로서 금속 입자(8)의 최대 치수를 복수의 금속 입자(8)에 대해 평균한 치수이다. 금속 입자(8)는, 예를 들면, Al, Ag, Au, 또는 Pt 등으로 이루어진다. 또한, 금속 입자(8)의 입도 분포는, 예를 들면, 메디안 지름(d50) 또는 산술적 평균치(입자의 직경의 합계/입자의 개수)에 의해 정의할 수 있다.
제2 보호막(6)은 반사층(5) 상에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 제2 보호막(6)은 신틸레이터 층(3), 제1 보호막(4) 및 반사층(5)의 전체를 덮도록 반사층(5) 상에 형성되어 있다. 제2 보호막(6)은 방사선 R을 투과한다. 제2 보호막(6)은, 예를 들면, 파릴렌(폴리파라크실렌) 등으로부터 형성된다.
계속해서, 신틸레이터 패널(1)의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다. 이 제조 방법에서는, 우선, 예를 들면, 진공 증착법에 의해, 기판(2)의 주면(2s) 상에 신틸레이터 재료의 주상 결정을 성장시킴으로써, 주면(2s) 상에 신틸레이터 층을 형성한다. 이어서, 예를 들면, 레이저광의 조사 등에 의해, 신틸레이터 층을 복수의 부분으로 절단하도록 신틸레이터 층의 가공을 행한다(신틸레이터 층을 픽셀화한다). 이에 의해, 복수의 신틸레이터부(7)를 포함하는 신틸레이터 층(3)이 주면(2s) 상에 형성된다.
이어서, 신틸레이터 층(3) 및 주면(2s) 상에 제1 보호막(4)을 성막한다. 보다 구체적으로는, 신틸레이터부(7)의 표면(측면(7s) 및 윗면(7t))과 신틸레이터부(7)끼리의 사이에 있어 노출되는 주면(2s)을 덮도록, 제1 보호막(4)을 성막한다. 이에 의해, 뒤의 공정에 있어서, 신틸레이터 층(3)의 주상 결정의 사이에 유기 용제가 침투하는 것이 방지된다. 또한, 신틸레이터 층(3)에 대해 금속 입자(8)가 직접적으로 접촉하는 것을 피할 수 있다. 이상의 공정에 의해, 기판(2), 신틸레이터 층(3) 및 제1 보호막(4)으로 이루어지는 신틸레이터 패널이 얻어진다.
이어서, 이상의 공정에 의해 얻어진 신틸레이터 패널을 진공조 내에 배치한다. 그리고, 진공조 내를 진공 흡인 상태에 있어서, 금속 입자(8)를 포함하는 금속 페이스트를 제1 보호막(4) 상에 도포한다. 이 때, 금속 페이스트는 신틸레이터부(7)의 측면(7s)끼리의 사이의 간극을 충전(充塡)하고 있지 않은 경우가 있다. 그 후, 진공조 내를 대기 개방함으로써, 측면(7s)끼리의 간극 내와 대기의 차압을 이용하여, 금속 페이스트를 해당 간극 내에 충전한다. 금속 페이스트의 충전 후, 예를 들면, 상온 경화, 가열 경화, UV 경화 등을 행함으로써 금속 페이스트를 경화한다. 이들 공정에 의해, 제1 보호막(4)을 통해 신틸레이터 층(3)을 덮도록 반사층(5)이 형성된다.
이어서, 반사층(5) 상에 제2 보호막(6)을 성막한다. 보다 구체적으로는, 이 공정에서는, 신틸레이터 층(3), 제1 보호막(4) 및 반사층(5)의 전체를 덮도록 반사층(5) 상에 제2 보호막(6)을 형성한다. 이에 의해, 반사층(5)을 보호함과 함께 신틸레이터 층(3)의 내습성이 향상된다. 이상의 공정에 의해, 신틸레이터 패널(1)이 제조된다.
또한, 상기 금속 페이스트는, 예를 들면, 이하와 같이 제조할 수 있다. 즉, 우선, 금속 분말(금속박 등)과 유기 용제와 분쇄 조제(助劑)의 혼합물을 볼밀로 혼합한다(전연 분쇄 공정). 이어서, 그 혼합물을 체에 건다(체 분류 공정). 이에 의해, 평균 치수가 제어된 금속 입자(8)를 얻을 수 있다. 이어서, 혼합물을 고체(금속 입자(8))와 액체로 분리한다(여과 공정). 그리고, 금속 입자(8)와 유기 용제와 바인더 수지를 혼합한다. 이에 의해, 금속 페이스트가 제조된다.
계속해서, 도 1 내지 4를 참조하여 신틸레이터 패널(1)이 나타내는 효과에 대해 설명한다. 도 3은 도 1에 나타난 신틸레이터 패널의 반사층의 일례를 나타내는 사진이다. 신틸레이터 패널(1)에 있어서는, 신틸레이터 층(3)이 기판(2)의 주면(2s) 상에 소정의 피치로 배열된 복수의 신틸레이터부(7)를 포함한다. 또한, 신틸레이션 광을 반사하는 반사층(5)이 신틸레이터부(7)의 적어도 측면(7s)을 덮도록 마련되어 있다. 그리고, 반사층(5)은 신틸레이터부(7)의 측면(7s)을 따라 연장되는 복수의 박상의 금속 입자(8)를 포함한다.
여기서, 예를 들면, 신틸레이션 광을 흡수하는 흡수층(예를 들면, 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 흡수층)을 신틸레이터 층(3)상에 마련하는 경우에는, 흡수층을 마련하지 않는 경우와 비교하여, 해상도의 향상을 바랄 수 있지만 광출력이 저하될 우려가 있다. 이에 대해, 신틸레이터 패널(1)에 의하면, 박상의 금속 입자(8)를 포함하는 반사층(5)을 이용함으로써, 광출력의 저하를 억제하면서 해상도를 향상시킬 수 있다. 이것은, 도 2, 3에 나타난 바와 같이, 신틸레이션 광을 반사하는 박상의 금속 입자(8)가, 적어도 부분적으로 서로 겹쳐지는 것에 의해, 복수의 금속 입자(8)가 전체적으로 신틸레이터 층(3)의 표면(측면(7s) 및 윗면(7t))을 빈틈 없이 덮을 수 있는(즉, 연속적인 반사면을 형성할 수 있다) 것이 하나의 요인이라고 생각된다.
또한, 예를 들면, 구상의 금속 입자를 포함하는 반사층을 마련하는 경우에는, 해상도의 향상을 바랄 수 없을 우려가 있다. 이것은, 이하와 같은 원인이 있다고 생각된다. 즉, 구상의 금속 입자에서는, 신틸레이터부(7)의 측면(7s)끼리의 미세한 간극 내에 있어, 빈틈 없이 측면(7s)을 덮는 것이 곤란하다. 따라서, 신틸레이션 광의 투과를 방지하여 크로스 토크를 저감하는 것이 곤란하다.
여기서, 도 4는 신틸레이터 패널의 해상도(MTF)와 광출력(Light Output)의 평가 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4의 그래프에서는, 「반사층 있음」은, 신틸레이터 패널(1)의 하나의 실시예에 대응하고 있다. 신틸레이터 패널(1)의 하나의 실시예는, 신틸레이터 층(3)의 신틸레이터 재료를 CsI：Tl로 하고, 신틸레이터 층(3)의 두께(신틸레이터부(7)의 높이 H)를 150μm로 하며, 신틸레이터 층(3)의 가공 깊이(신틸레이터부(7)끼리의 틈새의 깊이)를 150μm로 하고, 반사층(5)의 금속 입자(8)를 Al로 이루어지는 것으로 했다.
또한, 도 4의 그래프의 「흡수층 있음」은, 제1 비교예에 따른 신틸레이터 패널에 대응한다. 제1 비교예에서는, 반사층(5) 대신 탄소를 포함하는 흡수층을 마련하고 있다. 또한, 도 4의 그래프의 「반사층 없음」은, 제2 비교예에 따른 신틸레이터 패널에 대응한다. 제2 비교예에서는, 반사층(5) 및 흡수층을 마련하지 않았다. 또한, 도 4의 그래프에서는, 이 제2 비교예의 해상도 및 광출력의 값을 기준(100%)으로 하고, 실시예 및 제1 비교예의 해상도 및 광출력의 값을 상대적으로 나타내고 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 「흡수층 있음」의 제1 비교예에 의하면, 「반사층 없음」의 제2 비교예와 비교하여, 해상도가 140% 정도로 향상되고 있지만, 광출력이 30% 정도로 저하하고 있다. 이에 대해, 실시예에 의하면, 제2 비교예와 비교하여, 제1 비교예와 동일한 정도까지 해상도가 향상되고 있고, 또한, 제1 비교예와 비교하여 광출력의 저하가 억제되어 있다. 이 평가 결과로부터도, 신틸레이터 패널(1)에 의하면, 광출력의 저하를 억제하면서 해상도를 향상 가능한 것 인정된다.
계속해서, 신틸레이터 패널(1)이 나타내는 효과에 대해 설명한다. 신틸레이터 패널(1)에 있어서는, 금속 입자(8)의 평균 치수가, 서로 이웃하는 신틸레이터부(7)의 측면(7s)끼리의 간격 G의 절반 이하이다. 이 때문에, 반사층(5)의 형성시에, 신틸레이터부(7)의 측면(7s)끼리의 틈새에 대해서, 용이하고 확실하게 박상의 금속 입자(8)를 진입시켜, 신틸레이터부(7)의 측면(7s)을 덮도록 금속 입자(8)를 배치 가능하다. 따라서, 광출력의 저하를 확실히 억제함과 함께 해상도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 신틸레이터 패널(1)에 있어서는, 신틸레이터 층(3)상에 제1 보호막(4)이 형성되어 있다. 이 때문에, 반사층(5)의 형성시에, 금속 페이스트에 포함되는 유기 용제가 신틸레이터부(7)의 주상 결정 사이에 침투하는 것을 피할 수 있다. 또한, 신틸레이터 층(3)과 금속 입자(8)가 직접적으로 접촉하지 않기 때문에, 신틸레이터 재료와 금속의 반응이 악영향을 미치는 것을 피할 수 있다.
이상의 실시 형태는, 본 발명의 일측면에 따른 신틸레이터 패널의 일 실시 형태에 대해 설명한 것이다. 따라서, 본 발명의 일측면에 따른 신틸레이터 패널은, 상기 신틸레이터 패널(1)로 한정되지 않는다. 본 발명의 일측면에 따른 신틸레이터 패널은, 각 청구항의 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서, 상기 신틸레이터 패널(1)을 임의로 변경하는 것 또는 다른 것에 적용할 수 있다.
도 5는 변형예에 따른 신틸레이터 패널의 단면도이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 신틸레이터 패널(1A)은 신틸레이터 층(3) 대신 신틸레이터 층(3A)을 구비하는 점에서, 신틸레이터 패널(1)과 상위(相違)하다. 신틸레이터 층(3A)은 X선 등의 방사선 R의 입사에 따라, 가시광 등의 신틸레이션 광을 발생시킨다. 신틸레이터 층(3A)은 기판(2)의 주면(2s) 상에 마련되어 있다. 신틸레이터 층(3A)은, 예를 들면, 주면(2s)에 교차(예를 들면, 직교)하는 방향에서 보아, 주면(2s)의 직사각형 영역에 형성되어 있다.
신틸레이터 층(3A)은 단일의 베이스부(71)와 복수의 신틸레이터부(72)를 포함한다. 베이스부(71) 및 신틸레이터부(72)는, 예를 들면, 신틸레이터 재료의 단결정으로 이루어진다. 또는, 베이스부(71) 및 신틸레이터부(72)는, 예를 들면, 신틸레이터 재료의 복수의 주상 결정으로 이루어진다. 신틸레이터 재료는 상기와 같다.
베이스부(71)는 주면(2s) 상에 마련되어 있다. 베이스부(71)는 주면(2s)을 따라 연장하고 있다. 베이스부(71)는, 예를 들면, 주면(2s)에 접촉하고 있다. 신틸레이터부(72)는 주면(2s) 및 베이스부(71) 상에 2차원 형상으로 배열되어 있다. 신틸레이터부(72)끼리는 서로 직접적으로 연속하지 않는다. 환언하면, 신틸레이터부(72)는, 예를 들면, 이미지 센서의 화소 단위로 형성되어 있다(즉, 신틸레이터 층(3A)은 픽셀화되어 있다). 신틸레이터부(72)끼리는 베이스부(71)를 통해 연속하고 있다. 환언하면, 베이스부(71)는 신틸레이터부(72)끼리를 서로 접속하고 있다.
신틸레이터부(72)의 단면 형상은, 예를 들면, 주면(2s) 및 베이스부(71)로부터 멀어질수록 축소되는 사다리꼴 형상이다. 즉, 신틸레이터부(72)는 주면(2s) 및 베이스부(71)의 반대측으로부터 주면(2s) 및 베이스부(71)를 향해 단면적이 증가하는 테이퍼 형상이다. 신틸레이터부(72)는 주면(2s)에 교차하는 방향(예를 들면, 주상 결정의 성장 방향)으로 연장되는 측면(72s)을 포함한다. 신틸레이터부(72)는 주면(2s)에 따른 방향으로 연장되는 윗면(72t)을 포함한다. 윗면(72t)은 측면(72s)끼리를 접속하고 있다.
신틸레이터 층(3A)의 각 부의 치수 및 금속 입자(8)의 평균 치수의 관계는 신틸레이터 패널(1)과 마찬가지의 범위로 규정할 수 있다. 예를 들면, 신틸레이터 층(3A)의 두께(베이스부(71)의 높이와 신틸레이터부(72)의 높이의 합계)는 600μm 정도로 할 수 있다. 그리고, 신틸레이터 층(3A)의 가공 깊이(신틸레이터부(72)끼리의 틈새의 깊이)는, 예를 들면, 300μm로 할 수 있다. 이 경우, 베이스부(71)의 높이 및 신틸레이터부(72)의 높이는 모두 300μm 정도가 된다.
이러한 신틸레이터 층(3A)은, 예를 들면, 상술한 신틸레이터 패널(1)의 제조 방법의 신틸레이터 층의 레이저 가공시에, 주면(2s)에 이르지 않는 가공 깊이에 의해 신틸레이터 층에 홈을 형성함으로써 제조할 수 있다. 이상의 신틸레이터 패널(1A)에 의하면, 신틸레이터 패널(1)과 마찬가지의 효과를 달성하는 것이 가능하다.
도 6은 다른 변형예에 따른 신틸레이터 패널의 단면도이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 신틸레이터 패널(1B)은 신틸레이터 층(3) 대신 신틸레이터 층(3B)을 구비하는 점에서, 신틸레이터 패널(1)과 상위하다. 신틸레이터 층(3B)은 X선 등의 방사선 R의 입사에 따라, 가시광 등의 신틸레이션 광을 발생시킨다. 신틸레이터 층(3B)은 기판(2)의 주면(2s) 상에 마련되어 있다. 신틸레이터 층(3B)은, 예를 들면, 주면(2s)에 교차(예를 들면, 직교)하는 방향에서 보아, 주면(2s)의 직사각형 영역에 형성되어 있다.
신틸레이터 층(3B)은 복수의 신틸레이터부(73)를 포함한다. 신틸레이터부(73)는, 예를 들면, 신틸레이터 재료의 단결정으로 이루어진다. 또는, 신틸레이터부(73)는, 예를 들면, 신틸레이터 재료의 복수의 주상 결정으로 이루어진다. 신틸레이터 재료는 상기와 같다. 신틸레이터부(73)는 주면(2s)에 소정의 피치로 2차원 형상으로 배열되어 있다. 신틸레이터부(73)끼리는 서로 연속하지 않는다. 환언하면, 신틸레이터부(73)는, 예를 들면, 이미지 센서의 화소 단위로 형성되어 있다(즉, 신틸레이터 층(3A)은 픽셀화되어 있다).
신틸레이터부(73)의 단면 형상은 직사각형상이다. 즉, 신틸레이터부(73)는 신틸레이터부(7)와 비교하여, 테이퍼 형상을 실질적으로 갖고 있지 않다. 신틸레이터부(73)는 주면(2s)에 교차하는 방향(예를 들면, 주상 결정의 성장 방향)으로 연장되는 측면(73s)을 포함한다. 신틸레이터부(73)는 주면(2s)에 따른 방향으로 연장되는 윗면(73t)을 포함한다. 윗면(73t)은 측면(73s)끼리를 접속하고 있다. 신틸레이터부(73)의 2차원의 배열 방향 중 한쪽에 따라 배열된 측면(73s)끼리는 서로 대략 평행이다.
신틸레이터 층(3B)의 각 부의 치수 및 금속 입자(8)의 평균 치수의 관계는 신틸레이터 패널(1)과 동일한 범위로 규정할 수 있다. 다만, 신틸레이터 층(3B)에 있어서는, 한쪽 방향을 따라 서로 이웃하는 측면(73s)끼리가 서로 대략 평행하므로, 측면(73s)끼리의 간격 G는 윗면(73t)으로부터 주면(2s)으로 향하는 방향을 따라 대략 일정하다. 또한, 신틸레이터 패널(1B)에 있어서는, 신틸레이터부(73)의 직사각형상을 본뜬 것처럼, 제1 보호막(4), 반사층(5) 및 제2 보호막(6)이 형성되어 있다.
이러한 신틸레이터 층(3B)은, 예를 들면, 상술한 신틸레이터 패널(1)의 제조 방법의 신틸레이터 층의 레이저 가공시에, 직사각형상의 신틸레이터부(73)가 형성되도록 가공 조건 등을 제어함으로써, 제조할 수 있다. 이상의 신틸레이터 패널(1B)에 의하면, 신틸레이터 패널(1)과 마찬가지의 효과를 달성하는 것이 가능하다.
또한, 도 5에 나타낸 신틸레이터 패널(1A)에 있어서도, 신틸레이터부(72)의 단면 형상을 직사각형상으로 해도 좋다.
여기서, 상기 실시 형태에 있어서는, 본 발명의 일측면을 신틸레이터 패널(예를 들면, 신틸레이터 패널(1, 1A, 1B))에 적용한 경우에 대해 설명했다. 이러한 신틸레이터 패널에서는 광전 변환 소자를 갖는 센서 패널(예를 들면, TFT 패널이나 COMS 이미지 센서 패널)을 기판으로 사용함으로써, 방사선 검출기를 구성할 수 있다. 계속해서, 방사선 검출기의 일 실시 형태에 대해 설명한다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 방사선 검출기의 단면도이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 방사선 검출기(1C)는 기판(2) 대신 센서 패널로서의 기판(2C)을 구비하는 점에서, 신틸레이터 패널(1)과 상위하다. 기판(센서 패널)(2C)은 주면(2s)과 주면(2s) 상에 형성된 복수의 광전 변환 소자(10)를 갖는다. 보다 구체적으로는, 기판(2C)은 주면(2s)을 포함하는 판상의 베이스부(2p)를 가지고 있다. 또한, 광전 변환 소자(10)는 주면(2s)을 따라 2차원 형상으로 배열되어 있다.
신틸레이터 층(3)은, 예를 들면, 증착 등에 의해, 주면(2s) 및 광전 변환 소자(10) 상에 마련되어 있다. 여기에서는, 주면(2s) 및 광전 변환 소자(10) 상에는 패시베이션 막 또는 평탄화 막 등의 막부(11)가 형성되어 있다. 신틸레이터 층(3)은 막부(11)를 통해, 주면(2s) 및 광전 변환 소자(10) 상에 마련되어 있다. 신틸레이터 층(3)은 광전 변환 소자(10)에 광학적으로 결합되어 있다. 보다 구체적으로는, 신틸레이터 층(3)에 있어서는, 1개의 신틸레이터부(7)가 1개의 광전 변환 소자(10)에 대응하도록 마련되어 있다. 즉, 신틸레이터부(7)는 주면(2s)에 교차하는 방향에서 보아, 광전 변환 소자(10) 상에 위치하도록 2차원 형상으로 배열되어 있다. 따라서, 신틸레이터부(7)는 광전 변환 소자(10)의 화소 피치에 따라 배열되어 있다. 이에 의해, 각 신틸레이터부(7)가 각 광전 변환 소자(10)에 광학적으로 결합되어 있다.
이에 의해, 광전 변환 소자(10)는 신틸레이터 층(3)(각 신틸레이터부(7))에 대해 방사선 R의 입사에 의해 발생한 신틸레이션 광을 입력하고, 신틸레이션 광에 따른 전기 신호를 출력한다. 전기 신호는 도시하지 않는 배선 등에 의해 외부로 꺼내진다. 이에 의해, 방사선 검출기(1C)는 방사선 R을 검출한다.
이러한 방사선 검출기(1C)는, 적어도 상기 신틸레이터 패널이 나타내는 효과와 마찬가지의 효과를 달성한다. 보다 구체적으로는, 방사선 검출기(1C)에 있어서는, 신틸레이터 층(3)이 기판(2C)의 광전 변환 소자(10)의 화소 피치에 따라 배열된 복수의 신틸레이터부(7)를 포함한다. 또한, 신틸레이션 광을 반사하는 반사층(5)이 신틸레이터부(7)의 적어도 측면(7s)을 덮도록 마련되어 있다. 그리고, 반사층(5)은 신틸레이터부(7)의 측면(7s)을 따라 연장되는 복수의 박상의 금속 입자(8)를 포함한다. 이와 같이, 박상의 금속 입자(8)를 포함하는 반사층(5)을 이용하면, 광출력의 저하를 억제하면서 해상도를 향상 가능하다.
또한, 방사선 검출기(1C)에 있어서는, 금속 입자(8)의 평균 치수가 서로 이웃하는 신틸레이터부(7)의 측면(7s)끼리의 간격 G의 절반 이하이다. 이 때문에, 반사층(5)의 형성시에, 신틸레이터부(7)의 측면(7s)끼리의 틈새에 대해, 용이하고 확실하게 박상의 금속 입자(8)를 진입시켜, 신틸레이터부(7)의 측면(7s)을 덮도록 금속 입자(8)를 배치 가능하다. 따라서, 광출력의 저하를 확실히 억제함과 함께 해상도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 방사선 검출기(1C)에 있어서는, 신틸레이터 층(3) 상에 제1 보호막(4)이 형성되어 있다. 이 때문에, 반사층(5)의 형성시에, 금속 페이스트에 포함되는 유기 용제가 신틸레이터부(7)의 주상 결정 사이에 침투하는 것을 피할 수 있다. 또한, 신틸레이터 층(3)과 금속 입자(8)가 직접적으로 접촉하지 않기 때문에, 신틸레이터 재료와 금속의 반응이 악영향을 미치는 것을 피할 수 있다.
여기서, 방사선 검출기(1C)에 의하면, 다음과 같은 다른 효과를 달성하는 것이 가능하다. 즉, 방사선 검출기(1C)는 센서 패널로서의 기판(2C) 상(및 막부(11) 상)에, 예를 들면, 증착 등에 의해 직접적으로 신틸레이터 층(3)을 형성함으로써 구성되어 있다. 이 때문에, 방사선 검출기를 구성할 시에, 서로 별체(別體)로서 준비한 센서 패널과 신틸레이터 패널을 첩합할 필요가 없다. 다만, 신틸레이터 패널(1, 1A, 1B)에 있어서, 기판(2)의 주면(2s) 반대측의 이면에 대해, 센서 패널을 별도로 마련함으로써 방사선 검출기를 구성해도 좋다.
또한, 상기 설명에서는 방사선 검출기(1C)는 신틸레이터 패널(1)의 기판(2)을 광전 변환 소자(10)를 포함하는 기판(2C)으로 함으로써 구성된 것으로 하고 있다. 그러나, 신틸레이터 패널(1A, 1B)의 기판(2)을 광전 변환 소자(10)를 포함하는 기판(2C)으로 함으로써 방사선 검출기를 구성할 수도 있다.
[산업상의 이용 가능성]
광출력의 저하를 억제하면서 해상도를 향상시킬 수 있는 신틸레이터 패널 및 방사선 검출기를 제공할 수 있다.
1, 1A, 1B…신틸레이터 패널, 1C…방사선 검출기, 2, 2C…기판, 2s…주면, 3, 3A, 3B…신틸레이터 층, 5…반사층, 7, 72, 73…신틸레이터부, 7s, 72s, 73s…측면, 8…금속 입자, 10…광전 변환 소자, G…간격, R…방사선
Claims (12)
- 방사선을 신틸레이션 광으로 변환하기 위한 신틸레이터 패널로서,
주면을 갖는 기판과,
상기 주면 상에 마련된 신틸레이터 층과,
상기 신틸레이터 층상에 마련되어 상기 신틸레이션 광을 반사하는 반사층을 구비하고,
상기 신틸레이터 층은, 상기 주면 상에 소정의 피치로 배열된 복수의 신틸레이터부를 가지며,
상기 신틸레이터부는, 상기 주면에 교차하는 방향으로 연장되는 측면을 포함하고,
상기 반사층은, 상기 측면을 따라 연장되는 박상(箔狀)의 복수의 금속 입자를 포함하며, 상기 측면을 덮도록 마련되어 있는,
신틸레이터 패널. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 입자의 평균 치수는, 서로 이웃하는 상기 신틸레이터부의 상기 측면끼리의 간격의 절반 이하인,
신틸레이터 패널. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 신틸레이터 층은, CsI를 주성분으로 하는 신틸레이터 재료로 이루어지는,
신틸레이터 패널. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 신틸레이터 층은, GOS인 신틸레이터 재료로 이루어지는,
신틸레이터 패널. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신틸레이터부는, 신틸레이터 재료의 단결정으로 이루어지는,
신틸레이터 패널. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신틸레이터부는, 신틸레이터 재료의 복수의 주상 결정으로 이루어지는,
신틸레이터 패널. - 주면과, 상기 주면 상에 형성된 복수의 광전 변환 소자를 갖는 기판과,
상기 광전 변환 소자 상에 마련되어 방사선을 신틸레이션 광으로 변환하기 위한 신틸레이터 층과,
상기 신틸레이터 층상에 마련되어 상기 신틸레이션 광을 반사하는 반사층을 가지고,
상기 신틸레이터 층은, 상기 광전 변환 소자의 화소 피치에 따라 배열된 복수의 신틸레이터부를 가지며,
상기 신틸레이터부는, 상기 주면에 교차하는 방향으로 연장되는 측면을 포함하고,
상기 반사층은, 상기 측면을 따라 연장되는 박상의 복수의 금속 입자를 포함하며, 상기 측면을 덮도록 마련되어 있는,
방사선 검출기. - 청구항 7에 있어서,
상기 금속 입자의 평균 치수는, 서로 이웃하는 상기 신틸레이터부의 상기 측면끼리의 간격의 절반 이하인,
방사선 검출기. - 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 신틸레이터 층은, CsI를 주성분으로 하는 신틸레이터 재료로 이루어지는,
방사선 검출기. - 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 신틸레이터 층은, GOS인 신틸레이터 재료로 이루어지는,
방사선 검출기. - 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신틸레이터부는, 신틸레이터 재료의 단결정으로 이루어지는,
방사선 검출기. - 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신틸레이터부는, 신틸레이터 재료의 복수의 주상 결정으로 이루어지는,
방사선 검출기.
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